Souhrn

Transaminace je proces, při kterém jsou z aminokyselin odstraněny aminoskupiny a přeneseny na akceptorové ketokyseliny za vzniku ketokyselinové verze původní aminokyseliny.

Svalové buňky mohou využívat aminokyseliny jako zdroj energie a játra mohou detoxikovat aminoskupiny (jako amonné ionty) prostřednictvím cyklu močoviny. Alanin je převládající aminokyselinou ve většině bílkovin. Může být transportován v krevním řečišti z periferních tkání do jater, kde může být přeměněn na glukózu. Alanin je transaminován za vzniku pyruvátu a z pyruvátu může být glukoneogenezí vytvořena glukóza. Glukóza pak může být krevním řečištěm dopravována do svalů (pro energetické využití). Tento systém vztahující se k metabolismu svalů a jater je znám jako alaninový cyklus.

Transamidace je katalytická tvorba kovalentní vazby mezi volnou aminoskupinou a gama-karboxamidovou skupinou. Transamidinázy katalyzují tvorbu γ-glutamyl-ε-lysinových vazeb, které se podílejí na hojení tkání. Transamidinázy se podílejí na syntéze aminocukrů (např. glukosamin-6-fosfátu). Tyto enzymy se také podílejí na glykosylfosfatidylinositolovém ukotvení proteinů k buněčným membránám.

Deaminaci aminokyselin katalyzují enzymy amoniakální lyázy. Příkladem jsou serindehydratáza a threonindehydratáza, které mají jako koenzym pyridoxalfosfát. Serindehydratasa převádí serin na pyruvát a amoniak a threonindehydratasa převádí threonin na α-ketobutyrát a amoniak. Dalším členem této skupiny enzymů je histidáza (histidin amoniakální lyáza), která odstraňuje aminoskupinu z histidinu za vzniku kyseliny transurokanové v játrech a kůži. K oxidativní deaminaci dochází v játrech pomocí glutamátdehydrogenázy, při níž glutamát+voda+NAD+ tvoří α-ketglutarát+amoniak+NADH+H+.

Aminokyseliny mohou být oxidovány oxidázou d-aminokyselin nacházející se v peroxizomech jater a ledvin. d-aminokyseliny se vyskytují ve stravě zejména v rostlinných potravinách, protože rostliny neobsahují oxidázu d-aminokyselin. Katalytickými produkty jsou iminokyselina a H2O2. Člověk má také enzym aminokyselinovou racemázu, která přeměňuje d- a l-aminokyseliny. Peroxisomy jater a ledvin obsahují malé množství oxidázy l-aminokyselin, která by byla užitečná při nadbytku l-aminokyselin pro biosyntézu bílkovin a pro jiné dráhy.

Racemáza l-aminokyselin převádí l-aminokyseliny (přirozené formy v bílkovinách) na d-aminokyseliny. Tento enzym je zvláště důležitý v mozku, protože d-serin je ve velkém množství přítomen v corpus callosum a hipokampu.

Dekarboxyláza l-aminokyselin s pyridoxalfosfátem jako koenzymem odstraňuje CO2 z aminokyselin za vzniku příslušných aminů. Dekarboxyláza aromatických l-aminokyselin katalyzuje dekarboxylaci tryptofanu, 5-hydroxytryptofanu, l-dihydroxyfenylalaninu, 3,4-dihydroxyfenylserinu, tyrosinu, fenylalaninu a histidinu.

Esenciální aminokyseliny jsou ty, které v těle chybí, nebo ty, které jsou syntetizovány v míře nedostatečné pro růst a udržení. Jsou to tyto: metionin, tryptofan, lysin, fenylalanin, treonin, valin, leucin a izoleucin. Kromě toho jsou pro děti nezbytné histidin a arginin. Neesenciální aminokyseliny jsou následující: glutamát, glutamin, aspartát, asparagin, alanin, cystein, tyrosin, prolin, serin a glycin (a ornitin). Methionin a tryptofan mají jeden kodon, ale ostatní aminokyseliny mají dva nebo tři kodony. Většina proteinů začíná svůj překlad startovacím kodonem AUG. AUG kóduje methionin, který je N-koncovou aminokyselinou všech eukaryotických proteinů; posttranslační modifikací je však možné N-koncový methionin odstranit. Homocystein, který vzniká z S-adenosylmethioninu, může vytvářet cystein. Taurin se syntetizuje následujícím způsobem: methionin → cystein → cystein sulfinát → hypotaurin → taurin. Ačkoli je taurin aminokyselina, není zabudován do bílkovin. Je však konjugátem se žlučovými kyselinami a je aktivní jako antioxidant, modulátor vápníkové signalizace, stabilizátor membrán a inhibitor apoptózy.

Glutathion (GSH) je tripeptid (glutamylcysteinylglycin), ale je syntetizován bez mRNA. Se dvěma molekulami GSH mohou být cysteiny oxidovány za vzniku disulfidu (-S-S-) a tato interkonverze (2GSH ←→ GSSG) představuje kritické redoxní činidlo v buňce. Rodina enzymů glutathion S-transferázy chrání buňky před poškozením xenobiotiky a některými léčivy tím, že vytváří GSH, který je rozpouští, včetně některých karcinogenů, a umožňuje jejich vylučování. GSH se podílí na γ-glutamylovém cyklu, který zvyšuje transport aminokyselin z vnějšku do nitra buňky. Prvním krokem v tomto cyklu je přenos γ-glutamylové skupiny GSH na aminokyselinu, peptid nebo na vodu pomocí buněčné membránové γ-glutamyltranspeptidázy (γ-l-glutamylpeptid+aminokyselina ←→ peptid+γ-l-glutamyl-aminokyselina). Tato dráha je součástí syntézy a degradace GSH fungující při detoxikaci léčiv a xenobiotik. Leukotrien C4 (LTC4) obsahuje GSH a tento leukotrien má kontrakční aktivitu na tkáně dýchacích cest.

Tyrosin je prekurzorem katecholaminů (adrenalinu a noradrenalinu) a také hlavního tělesného pigmentu, melaninu. Tyrosin může být tvořen z fenylalaninu fenylalaninhydroxylázou (PAH) v játrech a ledvinách. Tento enzym odstraňuje přebytečný fenylalanin. Mutace (u dětí je známo více než 400 mutací genu exprimujícího PAH) v genu pro tento enzym vedou k fenylketonurii. Katecholaminy jsou syntetizovány v dřeni nadledvin: fenylalanin+PAH → tyrosin+tyrosinhydroxyláza → DOPA+dekarboxyláza aromatických l-aminokyselin → dopamin+dopamin β-hydroxyláza → noradrenalin+S-adenosylmethionin (SAM, jako donor metylu)+fenylethanolamin-N-methyltransferáza (PNMT) → epinefrin. V reakci na stres vzniká v kůře nadledvin kortizol. Na své cestě do celkového oběhu prochází kortizol dření nadledvin a tam indukuje PNMT, aby zvýšil produkci katecholaminů, které jsou při stresu rovněž zvýšené.

Tryptofan v epifýze je prekurzorem neurotransmiterů serotoninu (za denního světla) a melatoninu (za tmy). N-acetyltransferáza přeměňuje serotonin na N-acetylserotonin a hydroxyindol-O-metyltransferáza přeměňuje N-acetylserotonin na melatonin. Epifýza má vliv na spánek, pohybovou aktivitu a ovlivňuje hypotalamus, příštítná tělíska a slinivku břišní. Tryptofan se kyureninovou cestou přeměňuje na kyselinu chinolinovou a kyselina chinolinová může být v malém množství přeměněna na niacin, prekurzor koenzymů nikotinamidových nukleotidů.

Arginin může být přeměněn na kreatin. Ledviny přeměňují arginin na kyselinu guanidoctovou, která se v játrech přeměňuje na kreatin. Většina kreatinu v těle je v kosterním svalstvu, kde kreatinfosfát představuje energetickou rezervu. Při vysokých energetických nárocích (svalová kontrakce) kreatinfosfokináza s ADP přeměňuje kreatinfosfát na kreatin plus ATP. Kreatinfosfát se spontánně cyklicky mění na kreatinin ve svalu, kde se udržuje na konstantní úrovni. Kreatinin se vylučuje ledvinami, aniž by se reabsorboval, takže jeho clearance v moči poskytuje míru glomerulární filtrace ledvin. Arginin je prekurzorem oxidu dusnatého (NO) v reakci katalyzované syntázou oxidu dusnatého (NOS). Existují tři formy NOS: iNOS, Enos a nNOS. NO je biologický signál řídící krevní tlak, neurotransmisi, učení a paměť.

Histidin se působením histidin dekarboxylázy mění na histamin. Sekrece žaludeční kyseliny je stimulována histaminem prostřednictvím histaminových H2 receptorů. Žírné buňky uvolňují histamin za účelem zprostředkování alergické reakce, která vyvolává vazodilataci a bronchokonstrikci prostřednictvím histaminových receptorů H1. Imidazolová skupina histidinu, která může existovat v protonované nebo neprotonované formě, je součástí aktivních míst mnoha enzymů.

Glutamát vytváří glutamin prostřednictvím reakce glutamátdehydrogenázy. Účastní se také mnoha transaminázových reakcí a je součástí glutathionu. Glutamát také tvoří kyselinu γ-aminomáselnou (GABA), důležitý inhibiční neurotransmiter v mozku. Působením glutamátdehydrogenázy a glutamáttransaminázy se glutamát přeměňuje na α-ketoglutarát, který může být prekurzorem prolinu i ornitinu nebo může vstupovat do TCA cyklu pro výrobu energie.

Serin může dát vznik glycinu prostřednictvím reakce serinhydroxymethyltransferázy, která využívá koenzym tetrahydrofolát.

Aminokyseliny, pokud jejich koncentrace překročí požadavky syntézy bílkovin, mohou být metabolizovány na sloučeniny, které mohou vstoupit do TCA cyklu za účelem produkce ATP. Aminokyseliny, které vstupují do TCA cyklu, jsou ketogenní nebo glukogenní v tom smyslu, že první mohou být přeměněny na mastné kyseliny a druhé mohou být přeměněny na glukózu. Větvené aminokyseliny nejsou katabolizovány v játrech, ale ve svalech, tukové tkáni, ledvinách a mozku. Jsou přeměňovány na odpovídající ketokyseliny aminotransferázou aminokyselin s rozvětveným řetězcem. Dehydrogenáza α-ketokyselin s rozvětveným řetězcem převádí ketokyseliny na deriváty CoA. Pokud je tento enzym nefunkční v důsledku mutace jeho genu, aminokyseliny s rozvětveným řetězcem se hromadí v krvi a moči a způsobují “nemoc javorového sirupu”

.